JP2016225846A - アンテナ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】マルチバンド化に適したアンテナ装置を提供する。【解決手段】アンテナ装置は、端辺を有する第１地板と、端辺に沿って配設される第１辺と、第１辺から伸延する第２辺及び第３辺と、第２辺及び第３辺を繋ぐ第４辺とを有し、第１辺の一端が第１地板に接続されて第１地板との間に第１辺の他端側が開放されたスリットを形成する第２地板と、開放端の近傍で第２地板から起立する第１線路と、第２辺に沿って伸延する第２線路と、第４辺に沿って伸延する第３線路と、第３線路の給電点とを有する放射素子と、端辺の給電点に対応する位置で第１地板から起立する第４線路と、給電点の近傍まで伸延する第５線路と、第２線路の近傍の開放端まで伸延する第６線路とを有し、放射素子と電磁界結合する無給電素子とを含み、給電点から放射素子、スリット、無給電素子を経た開放端までの長さは第１通信周波数における半波長である。【選択図】図１

Description

本発明は、アンテナ装置に関する。

従来より、外部回路に連結する給電ピンおよび前記給電ピンに一端が連結された所定の長さの給電ラインとで成る給電部と、前記給電部と所定の間隔ほど離隔された空間上に形成され、前記給電部の一部に連結され前記給電部から供給される電流を誘起する放射パッチとを備えるマルチバンド内蔵アンテナがある。前記放射パッチに一端が連結され他端は接地された短絡部をさらに備える（例えば、特許文献１参照）。

特開２００３−３１８６４０号公報

ところで、従来のマルチバンド内蔵アンテナが通信可能なバンドは最大で３つであり、３つよりも多くのバンドに対応することは困難である。３つよりも多くのバンドに対応することが困難であるのは、給電ラインと放射パッチがマルチバンド内蔵アンテナのほぼ全面に配置されているからである。

例えば、タブレット型コンピュータ、スマートフォン端末機、又は携帯電話端末機等の携帯型の電子機器に用いられるアンテナ装置は、配置スペースが限られている等の理由から、放射素子の配置に制約があり、通信可能なバンド数を増やすのは容易ではない。

そこで、マルチバンド化に適したアンテナ装置を提供することを目的とする。

本発明の実施の形態のアンテナ装置は、端辺を有する第１グランドプレーンと、前記端辺に沿って配設され、第１端と第２端とを備える第１辺と、前記第１辺の前記第１端及び前記第２端からそれぞれ平面視で前記端辺から離間する方向に伸延する第２辺及び第３辺と、前記第２辺及び前記第３辺を繋ぐ第４辺とを有する、平面視で矩形状の第２グランドプレーンであって、前記第１辺の前記第２端が前記第１グランドプレーンに接続されることにより、平面視で、前記第１グランドプレーンとの間に前記第１端側が開放されたスリットを形成する、第２グランドプレーンと、前記第１端の近傍で前記第２グランドプレーンに接続される第１接地端から前記第２グランドプレーンに対して起立する第１線路と、前記第１線路に接続され、前記第２グランドプレーンの前記第２辺に沿って伸延する第２線路と、前記第２線路に接続され、前記第４辺に沿って前記第３辺に向かって伸延する第３線路と、前記第３線路に設けられる給電点とを有する放射素子と、前記端辺の伸延方向における前記給電点に対応する位置において前記端辺の近傍で前記第１グランドプレーンに接続される第２接地端から前記第１グランドプレーンに対して起立する第４線路と、前記第４線路に接続され、前記第４辺に向かって前記給電点の近傍まで伸延する第５線路と、前記第５線路に接続され、前記第４線路に沿って前記第２線路の近傍の開放端まで伸延する第６線路とを有し、前記放射素子と電磁界結合する第１無給電素子とを含み、前記給電点から、前記放射素子、前記第１接地端、前記第２端、前記第２接地端、及び前記第１無給電素子を経た前記開放端までの長さは、第１通信周波数における半波長に設定され、前記第１無給電素子は、前記第１通信周波数よりも高い第２通信周波数で共振する。

マルチバンド化に適したアンテナ装置を提供することができる。

実施の形態のアンテナ装置１００を示す図である。 アンテナ装置１００の各部の寸法を示す図である。 アンテナ装置１００の各部の寸法を示す図である。 アンテナ装置１００の各部の寸法を示す図である。 アンテナ装置１００の各部の寸法を示す図である。 アンテナ装置１００の各部の寸法を示す図である。 アンテナ装置１００の各部の寸法を示す図である。 アンテナ装置１００の各部の寸法を示す図である。 アンテナ装置１００のＳ１１パラメータの周波数特性を示す図である。 アンテナ装置１００のトータル効率の周波数特性を示す図である。 放射素子１１０の電流経路を説明する図である。 浮遊素子１２０の電流経路を説明する図である。 無給電素子１３０の電流経路を説明する図である。 ループアンテナ１４０の電流経路を説明する図である。 無給電素子１５０の電流経路を説明する図である。 アンテナ装置１００とファントム１のシミュレーションモデルを示す図である。 実施の形態の変形例のアンテナ装置１００ＡとＳ１１パラメータの周波数特性を示す図である。

以下、本発明のアンテナ装置を適用した実施の形態について説明する。

＜実施の形態＞
図１は、実施の形態のアンテナ装置１００を含む電子機器の内部構成を示す図である。

アンテナ装置１００は、グランドプレーン２０、グランドプレーン３０、放射素子１１０、浮遊素子１２０、無給電素子１３０、ループアンテナ１４０、及び無給電素子１５０を含む。なお、以下では、直交座標系であるＸＹＺ座標系を用いて説明する。

アンテナ装置１００は、一例として、タブレット型コンピュータ又はスマートフォン端末機等の携帯型の電子機器の筐体の内部に含まれる金属板１０に取り付けられている。

金属板１０は、グランドプレーン２０及び３０よりも厚い金属板であり、接地電位に保持される。金属板１０は、例えば、電子機器のディスプレイパネルの表示面とは反対側に設けられる板金である。この場合、金属板１０は、ディスプレイパネルを補強するために設けられている。

金属板１０には、電子機器の機能を実現するために必要なＣＰＵ(Central Processing Unit)チップ、メモリ、又はその他の電子部品が接続されていてもよい。なお、金属板１０は、このようなものに限られず、上述したような電子機器に含まれている金属板であればよい。電子機器は、ディスプレイパネルを含まなくてもよい。

グランドプレーン２０は、金属板１０のＸ軸に平行な端辺Ｌ１に接続される金属層であり、接地電位に保持される。グランドプレーン２０は、頂点２１、２２、２３、２４を有する矩形状の金属層である。

頂点２１と頂点２４を結ぶ辺と、頂点２２と頂点２３を結ぶ辺とは、ともにＸ軸に平行である。頂点２１と頂点２２を結ぶ辺と、頂点２４と頂点２３を結ぶ辺とは、ともにＹ軸に平行である。頂点２１と頂点２４を結ぶ辺は、端辺Ｌ１であり、頂点２２と頂点２３を結ぶ辺は、端辺Ｌ１の対辺である。

グランドプレーン２０は、第１グランドプレーンの一例であり、アンテナ装置１００のグランドプレーンの一部として機能する。グランドプレーン２０は、例えば、携帯型の電子機器の筐体の内側の面に形成されるめっき層である。めっき層は、例えば、銅めっき又はその他の金属製のめっきで作製することができる。

グランドプレーン３０は、頂点３１、３２、３３、３４を有する矩形状の金属層であり、Ｘ軸正方向側に無給電素子１５０が形成されている。無給電素子１５０は、頂点３３を含み、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に広がる矩形状の領域の内部に形成されている。

このため、グランドプレーン３０は、頂点３１、３２、３５、３６を有する矩形状の金属層の頂点３６から、頂点３４に向かって伸延する線路３７を追加したような形状を有する。

グランドプレーン３０は、頂点３１、３２、３３、３４を有する矩形状の金属層のうちの上述の矩形領域内をパターニングして無給電素子１５０を形成したものであるため、以下では、説明の便宜上、頂点３２と頂点３３とを結ぶ辺と、頂点３３と頂点３４とを結ぶ辺とが存在するものとして説明する。

頂点３１と頂点３４を結ぶ辺と、頂点３２と頂点３３を結ぶ辺とは、ともにＸ軸に平行である。頂点３１と頂点３２を結ぶ辺と、頂点３４と頂点３３を結ぶ辺とは、ともにＹ軸に平行である。頂点３１と頂点３４を結ぶ辺は、端辺Ｌ１に平行である。

グランドプレーン３０は、頂点３４からＹ軸負方向側に突出し、グランドプレーン２０の頂点２３に接続される接続部３４Ａを有する。また、頂点３１は、頂点２２とは離間している。このため、グランドプレーン３０とグランドプレーン２０との間には、スリット４０が形成される。

このようなグランドプレーン３０は、ＸＹ平面視で放射素子１１０、浮遊素子１２０、無給電素子１３０、及びループアンテナ１４０と略重複しており、ＳＡＲ（Specific Absorption Rate：比吸収率）対策用に設けられている。

従って、アンテナ装置１００を電子機器に組み込む場合には、グランドプレーン３０が人体側になるようにすればよい。

なお、グランドプレーン３０は、例えば、絶縁体製の基板の表面に貼り付けられる金属箔によって実現される。金属箔は、例えば、銅箔又はその他の金属製であればよい。なお、グランドプレーン３０とグランドプレーン２０とを一体的に一つの金属箔から作製してもよいし、グランドプレーン３０をグランドプレーン２０と同様にめっき層で作製してもよい。

スリット４０は、端部４１と端部４２とを有し、グランドプレーン２０とグランドプレーン３０との間で、Ｘ軸方向に延在している。端部４１は、開放端であり、端部４２は接続部３４Ａによって閉じられている。なお、スリット４０の端部４１と端部４２との間の長さについては後述する。

次に、放射素子１１０、浮遊素子１２０、無給電素子１３０、ループアンテナ１４０、及び無給電素子１５０について説明する。放射素子１１０、浮遊素子１２０、及び無給電素子１３０は、図示を省略する基板又は筐体等の表面に形成される。例えば、アンテナ装置１００がタブレット型コンピュータ又はスマートフォン端末機等の携帯型の電子機器に含まれる場合は、放射素子１１０、浮遊素子１２０、及び無給電素子１３０は、電子機器に含まれる基板、又は、電子機器の筐体の表面に形成される。

放射素子１１０は、アンテナ装置１００が含む５つの放射素子（Ｌ１〜Ｌ５）のうち、最も低い通信周波数ｆ１の通信を実現するために設けられている。放射素子１１０は、接地端１１１、折り曲げ部１１２、１１３、端部１１４、給電点１１５、及びスロット１１６を有する。

接地端１１１は、グランドプレーン３０の頂点３１に接続されている。接地端１１１は、第１接地端の一例である。放射素子１１０は、接地端１１１からＺ軸正方向に起立して伸延し、折り曲げ部１１２でＹ軸正方向に折れ曲がり、折り曲げ部１１３でＸ軸正方向側に折れ曲がり、端部１１４まで伸延している。端部１１４は開放端である。

ここで、接地端１１１と、折り曲げ部１１２との間の線路は、第１線路の一例である。折り曲げ部１１２と折り曲げ部１１３との間の線路は、第２線路の一例である。折り曲げ部１１３と端部１１４との間の線路は、第３線路の一例である。

接地端１１１と折り曲げ部１１２との間の線路は、ＸＺ平面に平行な薄板状の線路である。折り曲げ部１１２と折り曲げ部１１３との間の線路は、ＸＹ平面に平行な薄板状の線路である。折り曲げ部１１３と端部１１４との間の線路は、ＸＹ平面に平行な薄板状の線路である。

給電点１１５は、折り曲げ部１１２と折り曲げ部１１３との間にスロット１１６のＹ軸正方向側とＹ軸負方向側にある２本の線路１１７Ａ、１１７Ｂのうち、Ｙ軸正方向側の線路１１７ＡのＸ軸方向における中心に位置する。給電点１１５には、図示しないマイクロストリップライン又は同軸ケーブル等を用いて給電が行われる。

折り曲げ部１１３と端部１１４との間の線路には、スロット１１６が形成されている。スロット１１６を囲む矩形ループ状の部分は、ループアンテナ１４０を構築する。折り曲げ部１１３と端部１１４との間の線路は、スロット１１６によって、Ｙ軸正方向側の線路１１７Ａと、Ｙ軸負方向側の線路１１７Ｂとに分断されている。

なお、通信周波数ｆ１の通信は、放射素子１１０が単独で行うのではなく、放射素子１１０と、スリット４０に沿ったグランドプレーン２０及び３０と、無給電素子１３０とが協働して実現される。この点については後述する。

浮遊素子１２０は、端部１２１、折り曲げ部１２２、１２３、１２４、及び端部１２５を有する。浮遊素子１２０は、電位的に浮いており、浮遊素子の一例である。浮遊素子１２０は、放射素子１１０に電磁界結合し、放射素子１１０を介して給電される。浮遊素子１２０は、アンテナ装置１００が含む５つの放射素子（Ｌ１〜Ｌ５）のうち、下から２番目の通信周波数ｆ２の通信を実現するために設けられている。

端部１２１は、ＸＹ平面視ではグランドプレーン３０の頂点３１と頂点３２とを結ぶ辺上で、頂点３１よりも少し頂点３２側にオフセットした位置にある。端部１２１のＺ軸方向における位置は、グランドプレーン３０と放射素子１１０との間である。

折り曲げ部１２２は、ＸＹ平面視ではグランドプレーン３０の頂点３２と重なる位置になる。折り曲げ部１２３は、ＸＹ平面視ではグランドプレーン３０の頂点３３と重なる位置になる。折り曲げ部１２４は、ＸＹ平面視ではグランドプレーン３０の頂点３３と頂点３４とを結ぶ辺上で、頂点３３と頂点３４との間に位置する。

端部１２５は、ＸＹ平面視では折り曲げ部１２４よりもＸ軸負方向側に位置する。

浮遊素子１２０は、端部１２１からＹ軸正方向側に伸延し、折り曲げ部１２２でＸ軸正方向に折れ曲がり、折り曲げ部１２３でＹ軸負方向に折れ曲がり、さらに折り曲げ部１２４でＸ軸負方向に折れ曲がり、端部１２５まで伸延している。

端部１２１と折り曲げ部１２２との間の線路は、ＹＺ平面に平行な薄板状の線路である。折り曲げ部１２２と折り曲げ部１２３との間の線路は、ＸＺ平面に平行な薄板状の線路である。折り曲げ部１２３と折り曲げ部１２４との間の線路は、ＹＺ平面に平行な薄板状の線路である。折り曲げ部１２４と端部１２５との間の線路は、ＸＺ平面に平行な薄板状の線路である。

折り曲げ部１２２と折り曲げ部１２３との間の線路と、放射素子１１０の線路１１７Ａとの間隔は、浮遊素子１２０が放射素子１１０に電磁界結合するように設定されている。

浮遊素子１２０の端部１２１から端部１２５までの長さは、通信周波数ｆ２の波長λ_２の１／２の長さ（λ_２／２）になるように設定されている。また、浮遊素子１２０は、長さ（λ_２／２）の中心点が、Ｘ軸方向において、放射素子１１０の給電点１１５と略一致するように配設されている。

放射素子１１０の給電点１１５は、線路１１７ＡのＸ軸方向における中心に位置するため、浮遊素子１２０は、浮遊のダイポールアンテナとして機能する。

また、浮遊素子１２０は、Ｚ軸方向においては、グランドプレーン３０と放射素子１１０の間に位置するが、端部１２５よりもＸ軸正方向側の区間は、グランドプレーン３０と放射素子１１０の間に挟まれていないため、十分な放射特性が得られる。

無給電素子１３０は、接地端１３１、折り曲げ部１３２、１３３、１３４、及び開放端１３５を有する。無給電素子１３０は、第１無給電素子の一例である。ここで、無給電とは、給電点を有しないことをいう。

無給電素子１３０は、放射素子１１０に電磁界結合し、放射素子１１０を介して給電される。無給電素子１３０は、アンテナ装置１００が含む５つの放射素子（Ｌ１〜Ｌ５）のうち、真ん中の通信周波数ｆ３の通信を実現するために設けられている。

接地端１３１は、グランドプレーン２０の頂点２２と頂点２３とを結ぶ辺上に位置する。接地端１３１は、第２接地端の一例である。接地端１３１のＸ軸方向における位置は、給電点１１５の位置と略一致している。また、折り曲げ部１３２、１３３のＸ軸方向における位置も、給電点１１５の位置と略一致している。

無給電素子１３０は、接地端１３１からＺ軸正方向に起立し、折り曲げ部１３２でＹ軸正方向に折れ曲がり、折り曲げ部１３３までＹ軸正方向に伸延する。無給電素子１３０は、さらに、折り曲げ部１３３でＸ軸負方向に折れ曲がり、折り曲げ部１３４でＹ軸負方向に折れ曲がり、開放端１３５まで伸延している。

折り曲げ部１３３と折り曲げ部１３４との間の線路と、線路１１７Ｂとの間隔は、通信周波数ｆ１の波長λ１の１／５０以下になるように設定されている。これは、電磁界シミュレーションで得られた値である。

折り曲げ部１３３と折り曲げ部１３４との間の線路と、線路１１７Ｂとの間隔を波長λ１の１／５０以下にすると、折り曲げ部１３３と折り曲げ部１３４との間の線路と、線路１１７Ｂとの間に十分な電磁界結合が得られ、無給電素子１３０が放射素子１１０から給電されることが分かっている。

折り曲げ部１３４は、Ｘ軸方向において、放射素子１１０の折り曲げ部１１２と１１３との間の線路の近傍に位置している。

開放端１３５は、Ｙ軸方向において、放射素子１１０の折り曲げ部１１２と略同じ位置にある。開放端１３５は開放されており、無給電素子１３０の接地端１３１から開放端１３５までの長さは、通信周波数ｆ３の波長λ_３の１／４に設定されているため、無給電素子１３０は、無給電のモノポールアンテナとして機能する。

接地端１３１と折り曲げ部１３２との間の線路は、ＸＺ平面に平行な薄板状の線路である。折り曲げ部１３２と折り曲げ部１３３との間の線路は、ＸＹ平面に平行な薄板状の線路である。折り曲げ部１３３と折り曲げ部１３４との間の線路は、ＸＹ平面に平行な薄板状の線路である。折り曲げ部１３４と開放端１３５との間の線路は、ＸＺ平面に平行な薄板状の線路である。

接地端１３１と折り曲げ部１３２との間の線路は、第４線路の一例である。折り曲げ部１３２と折り曲げ部１３３との間の線路は、第５線路の一例である。折り曲げ部１３３から折り曲げ部１３４を経由して開放端１３５に至る線路は、第７線路の一例である。

無給電素子１３０は、Ｘ軸方向において、グランドプレーン３０の頂点３１と頂点３４との間における中心よりもＸ軸負方向側に位置している。これは、グランドプレーン３０の頂点３１と頂点３４との間における中心よりもＸ軸正方向側において、放射素子１１０、浮遊素子１２０、及びループアンテナ１４０の十分な放射が得られるようにするためである。

なお、図１では、開放端１３５が放射素子１１０の折り曲げ部１１２と略同じ位置にあるが、開放端１３５は、折り曲げ部１３４にあってもよい。また、図１に示す折り曲げ部１３４と開放端１３５との間にあってもよい。無給電素子１３０は、十分な放射特性が得られる場合には、開放端１３５の位置を上述のように調整して図１に示す長さよりも短くされていてもよい。

ループアンテナ１４０は、放射素子１１０の折り曲げ部１１３と端部１１４との間の線路に設けられるスロット１１６によって構築される。放射素子１１０のうち、スロット１１６の周囲のＸＹ平面視で矩形環状の部分は、ループアンテナ１４０を構築する。

ループアンテナ１４０は、端部１４１及び１４２を有し、端部１４１及び１４２と、スロット１１６によってＹ軸方向に分断された線路１１７Ａ及び１１７Ｂとによって構築される。

ループアンテナ１４０は、アンテナ装置１００が含む５つの放射素子（Ｌ１〜Ｌ５）のうち、上から２番目の通信周波数ｆ４の通信を実現するために設けられている。

スロット１１６のＸ軸方向における長さは、通信周波数ｆ４の波長λ_４の１／２（λ_４／２）であり、長さの中心は、Ｘ軸方向において、給電点１１５の位置と略一致している。また、端部１４１から、線路１１７Ａ、端部１４２、線路１１７Ｂを経て端部１４１に戻る矩形状のループの長さは、約λ_４である。

ループアンテナ１４０は、放射素子１１０に含まれるため、給電点１１５から給電され、通信周波数ｆ４のループアンテナとして機能する。

無給電素子１５０は、グランドプレーン３０の頂点３３を含む矩形領域内の部分をパターニングして形成されている。無給電素子１５０は、第２無給電素子の一例である。ここで、無給電とは、給電点を有しないことをいう。

無給電素子１５０は、接地端１５１、折り曲げ部１５２、１５３、及び開放端１５４を有する。接地端１５１はグランドプレーン３０の頂点３４と同じ位置にあり、折り曲げ部１５２はグランドプレーン３０の頂点３３と同じ位置にある。無給電素子１５０は、このようなコの字型の形状を有する。

無給電素子１５０は、アンテナ装置１００が含む５つの放射素子（Ｌ１〜Ｌ５）のうち、最も高い通信周波数ｆ５の通信を実現するために設けられている。

無給電素子１５０は、接地端１５１からＹ軸正方向に伸延し、折り曲げ部１５２でＸ軸負方向に折れ曲がり、折り曲げ部１５３でＹ軸負方向に折れ曲がり、開放端１５４まで伸延している。

折り曲げ部１５３の位置は、プレーン３の頂点３５の近傍であり、頂点３２と頂点３３とを結ぶ辺上である。また、開放端１５４の位置は、頂点３６の近傍である。

なお、接地端１５１と折り曲げ部１５２との間の線路は、第７線路の一例である。折り曲げ部１５２と折り曲げ部１５３との間の線路は、第８線路の一例である。折り曲げ部１５３と開放端１５４との間の線路は、第９線路の一例である。

無給電素子１５０は、放射素子１１０及びループアンテナ１４０と電磁界結合している。接地端１５１から、折り曲げ部１５２及び１５３を経た開放端１５４までの長さは、通信周波数ｆ５の波長λ_５の１／４に設定されているため、無給電素子１５０は、無給電のモノポールアンテナとして機能する。

以上のようなアンテナ装置１００において、通信周波数ｆ１の通信を実現するために、給電点１１５から、接地端１１１、グランドプレーン３０、接続部３４Ａ、及び接地端１３１を経て、開放端１３５に至るまでの長さは、通信周波数ｆ１の波長λ_１の１／２（λ_１／２）に設定されている。

より具体的には、給電点１１５と接地端１１１との間では、折り曲げ部１１３と１１２を経る。接地端１１１と接続点３４Ａの間では、スリット４０の脇のグランドプレーン３０の頂点３１と頂点３４の間を経る。接続点３４Ａと接地端１３１の間では、スリット４０の脇のグランドプレーン２０の頂点２２から接地端１３１を経る。接地端１３１と開放端１３５の間では、折り曲げ部１３２、１３３、１３４を経る。

電磁界シミュレーションを行ったところ、このような電流経路で、通信周波数ｆ１の共振が生じることが分かった。すなわち、アンテナ装置１００では、通信周波数ｆ１の通信は、放射素子１１０と、スリット４０に沿ったグランドプレーン２０及び３０と、無給電素子１３０とが協働して実現される。

従って、実施の形態のアンテナ装置１００では、給電点１１５から、接地端１１１、グランドプレーン３０、接続部３４Ａ、及び接地端１３１を経て、開放端１３５に至るまでの長さを通信周波数ｆ１の波長λ_１の１／２（λ_１／２）に設定する。

また、以上のようなアンテナ装置１００では、スリット４０を設けることにより、約１．１ＧＨｚ前後でのＳ１１パラメータの値が低下することが確認できた。また、無給電素子１３０を設けることにより、約０．９ＧＨｚ前後と約１．８ＧＨｚ前後でのＳ１１パラメータの値が低下することが確認できた。また、放射素子１１０の折り曲げ部１１３と端部１１４との間の線路のＹ軸方向の幅を広くして無給電素子１３０との間隔を狭めることにより、約０．８ＧＨｚ前後と約１．８ＧＨｚ前後でのＳ１１パラメータの値が低下することが確認できた。

図２乃至図８は、アンテナ装置１００の各部の寸法を示す図である。ここで示す寸法は、通信周波数ｆ１、ｆ２、ｆ３、ｆ４、ｆ５が、７５０ＭＨｚ〜８００ＭＨｚ（ｆ１）、約１．４０ＧＨｚ〜約１．５ＧＨｚ（ｆ２）、約１．７ＧＨｚ〜約１．８ＧＨｚ（ｆ３）、約１．９ＧＨｚ〜約２．１ＧＨｚ（ｆ４）、約２．４５ＧＨｚ〜約２．７ＧＨｚ（ｆ５）とした場合の一例としての寸法である。

なお、図２乃至図８では図１に示すＸＹＺ座標と同じＸＹＺ座標を用いて説明する。また、図２乃至図８では、見易さの観点から、すべての符号を示さずに、主な符号のみを示す。

図２に示すように、金属板１０は、Ｘ軸方向の長さが２００ｍｍ、Ｙ軸方向の長さが１５０ｍｍである。また、図４に示すように、金属板１０のＺ軸方向の長さ（厚さ）は５ｍｍである。金属板１０は、図２に示すように、ＸＹ平面視で矩形状の板金である。

アンテナ装置１００は、金属板１０のＸ軸正方向側で、かつ、Ｙ軸正方向側の角部に設けられている。

図３及び図４に示すように、グランドプレーン２０及び３０のＸ軸方向の長さは６０ｍｍである。また、グランドプレーン２０の頂点２１及び２２（図１参照）を結ぶ辺から無給電素子１３０の接地端１３１までの長さは３０ｍｍである。同様に、グランドプレーン２０の頂点２１及び２２（図１参照）を結ぶ辺から給電点１１５までの長さは３０ｍｍである。また、グランドプレーン２０の頂点２１からグランドプレーン３０の頂点３２までの長さは１０ｍｍである。頂点３２の位置は、ＸＹ平面視で、折り曲げ部１３２と等しい。

また、図４に示すように、端部１２１と折り曲げ部１２２との間の線路の長さは、３０ｍｍである。同様に、接地端１３１と折り曲げ部１３２との間の線路の長さは、３０ｍｍである。また、接地端１３１と端辺Ｌ１との間のＹ軸方向の長さは５ｍｍである。すなわち、グランドプレーン２０のＹ軸方向の幅は５ｍｍである。

なお、放射素子１１０、浮遊素子１２０、無給電素子１３０、ループアンテナ１４０、及び無給電素子１５０の線路の幅は、すべて１ｍｍである。

図５に示すように、放射素子１１０の折り曲げ部１１２と１１３の間の長さは９ｍｍであり、折り曲げ部１１３と端部１１４の間の長さは５７ｍｍである。また、スロット１１６（図１参照）のＹ軸方向の幅は、１．５ｍｍである。

図６に示すように、無給電素子１３０の接地端１３１と折り曲げ部１３２の間の長さは３ｍｍであり、折り曲げ部１３２と１３３の間の長さは５．５ｍｍである。折り曲げ部１３３と１３４の間の長さは２９ｍｍであり、折り曲げ部１３４と開放端１３５の間の長さは４．５ｍｍである。

図７に示すように、浮遊素子１２０の端部１２１と折り曲げ部１２２の間の長さは８ｍｍであり、折り曲げ部１２２と１２３の間の長さは６０ｍｍである。また、折り曲げ部１２３と１２４の間の長さは５ｍｍであり、折り曲げ部１２４と端部１２５の間の長さは９ｍｍである。

図８に示すように、グランドプレーン３０の頂点３１と３２の間の長さは９ｍｍであり、頂点３２と３５の間の長さは５０ｍｍである。頂点３５と線路３７の間の長さは８ｍｍであり、頂点３３と接続部３４Ａの間の長さは１０ｍｍである。

また、無給電素子１５０の折り曲げ部１５２と１５３の間の長さは９ｍｍであり、折り曲げ部１５３と開放端１５４の間の長さは７ｍｍである。このため、接地端１５１と折り曲げ部１５３の間の長さは９ｍｍである。

以上、図２乃至図８に示すように、アンテナ装置１００のサイズは、従来からある一般的な携帯型の電子機器用のアンテナ装置と同様のサイズである。

図９は、アンテナ装置１００のＳ１１パラメータの周波数特性を示す図である。Ｓ１１パラメータの周波数特性は、アンテナ装置１００のモデルを用いた電磁界シミュレーションによって得られたものであり、整合回路を含めている。整合回路は一例として、給電点１１５からグランドプレーン３０に向かって並列インダクタ19.5nH、直列キャパシタ2.4pF、並列インダクタ10.2nHとしてある。

ここでは、一例として、Ｓ１１パラメータの値の評価基準を−５ｄＢとし、−５ｄＢ以下の帯域がアンテナ装置１００の通信可能な領域であるものとして評価を行う。

図９に示すように、７５０ＭＨｚ〜８００ＭＨｚ（ｆ１）、約１．４０ＧＨｚ〜約１．５５ＧＨｚ（ｆ２）、約１．７ＧＨｚ〜約２．２ＧＨｚ（ｆ３とｆ４）、約２．４５ＧＨｚ〜約２．７ＧＨｚ（ｆ５）の５つの帯域で、−５ｄＢ以下の値が得られた。

従って、これらの帯域の共振周波数ｆ１、ｆ２、ｆ３、ｆ４、ｆ５で通信を行えることが確認できた。

図１０は、アンテナ装置１００のトータル効率の周波数特性を示す図である。トータル効率は、アンテナ装置１００が装着された電子機器の特性を表しており、給電点１１５とアンテナ装置１００のインピーダンスとの整合損失を含んでいる。

図１０に占めるように、共振周波数ｆ１、ｆ２、ｆ３、ｆ４、ｆ５において、ピークが得られており、共振周波数ｆ１、ｆ２、ｆ３、ｆ４、ｆ５で通信を行えることが確認できた。

図１１乃至図１５は、それぞれ、放射素子１１０、浮遊素子１２０、無給電素子１３０、ループアンテナ１４０、及び無給電素子１５０の電流経路を説明する図である。ここでは、電磁界シミュレーションによって得られた電流経路について説明する。

図１１に示すように、放射素子１１０を用いた通信周波数ｆ１での通信では、破線の矢印で示すように、給電点１１５から、接地端１１１、グランドプレーン３０、接続部３４Ａ、及び接地端１３１を経て、開放端１３５に電流が流れることが確認できた。

従って、実施の形態のアンテナ装置１００では、通信周波数ｆ１用に、給電点１１５から、接地端１１１、グランドプレーン３０、接続部３４Ａ、及び接地端１３１を経て、開放端１３５に至る電流経路が得られることが確認できた。

なお、接地端１１１の位置をＹ軸方向に調整すると、共振周波数ｆ１を調整できることが確認できた。接地端１１１の位置をＹ軸正方向に調整すると、折り曲げ部１１２の位置もＹ軸正方向にずれるが、このときに、図１に示す折り曲げ部１１２と１１３との間の線路の長さを確保するために、折り曲げ部１１２からＹ軸負方向に伸延するスタブを設けた。このようなスタブを用いてもよい。

また、図１２に示すように、浮遊素子１２０を用いた通信周波数ｆ２での通信では、破線の矢印で示すように、端部１２１と端部１２５の間で電流経路が得られることが確認できた。

この結果から、浮遊素子１２０は、放射素子１１０及びループアンテナ１４０と電磁界結合しており、Ｘ軸方向において給電点１１５に対応する位置を中心として、ダイポールアンテナのような電流分布が得られることが確認できた。

また、図１３に示すように、無給電素子１３０を用いた通信周波数ｆ３での通信では、破線の矢印で示すように、接地端１３１と開放端１３５の間で電流経路が得られることが確認できた。

この結果から、無給電素子１３０は、無給電素子１３０と電磁界結合しており、接地端１３１と開放端１３５の間の電流分布は、モノポールアンテナと同様であることが分かった。

また、図１４に示すように、ループアンテナ１４０を用いた通信周波数ｆ４での通信では、破線の矢印で示すように、端部１４１と端部１４２の間で電流経路が得られることが確認できた。

この結果から、ループアンテナ１４０は、給電点１１５から給電を受けており、Ｘ軸方向において給電点１１５に対応する位置を中心として、ループアンテナのような電流分布が得られることが確認できた。

また、図１５に示すように、無給電素子１５０を用いた通信周波数ｆ５での通信では、破線の矢印で示すように、接地端１５１と開放端１５４の間で電流経路が得られることが確認できた。

この結果から、無給電素子１５０は、放射素子１１０と電磁界結合しており、接地端１５１と開放端１５４の間の電流分布は、モノポールアンテナと同様であることが分かった。

図１６は、アンテナ装置１００とファントム１のシミュレーションモデルを示す図である。

ここでは、電磁界シミュレーションによって、アンテナ装置１００によって発生されるＳＡＲの分布を分析した。なお、他の図と共通のＸＹＺ座標系を用いる。

ファントム１は、生体組織の電気特性（誘電率及び導電率）と等価な電気特性を有する模擬人体である。ここでは、一例として、比誘電率が５５．２、導電率が０．９７Ｓ／ｍの直方体状のファントムを用いた。また、図１６に示すように、アンテナ装置１００をファントム１からＺ軸方向に３ｍｍ離して配置した。

アンテナ装置１００の給電点１１５に入力する電力を０．１Ｗに設定してＳＡＲを測定したところ、放射素子１１０のＳＡＲは０．８９Ｗ／ｋｇであった。比較用に、アンテナ装置１００の代わりに８００ＭＨｚ用のモノポールアンテナを同様に設置してＳＡＲを測定したところ、１．２８Ｗ／ｋｇであった。

従って、アンテナ装置１００の放射素子１１０は、８００ＭＨｚ用のモノポールアンテナに比べて、ＳＡＲを約３０％低減できることが分かった。ここでは、放射素子１１０のＳＡＲについて検討したが、浮遊素子１２０、無給電素子１３０、及びループアンテナ１４０もグランドプレーン３０とＸＹ平面視で重複しているため、ＳＡＲは低下していると考えられる。また、無給電素子１５０については、問題にならない程度のＳＡＲの値が得られた。

以上より、実施の形態によれば、サイズを拡大することなく、ＳＡＲ対策用のグランドプレーン３０を含み、５つの通信帯域（５バンド）において通信可能なアンテナ装置１００を提供できる。

５バンドでの通信を実現できるのは、Ｘ軸負方向側に放射素子１１０及び１３０を配置し、５バンドの中で通信周波数ｆ１の次に長い波長を取り扱う浮遊素子１２０の約半分をＸ軸正方向側に配置することにより、浮遊素子１２０の高い放射効率を確保できたからである。

５バンドの中でも、通信周波数ｆ３、ｆ４、ｆ５は、通信周波数ｆ１とｆ２に比べると波長が短いため、限られたスペースの中においても、比較的配置しやすい。

しかしながら、通信周波数ｆ２の浮遊素子１２０が取り扱う波長は比較的長いため、限られたスペースの中で浮遊素子１２０をどのように配置するかは、５バンドというマルチバンド化では大きな課題である。

このような課題を解決できるのは、上述のように放射素子１１０と浮遊素子１２０との棲み分けをＸ軸方向において行ったからである。

以上より、実施の形態によれば、マルチバンド化に適したアンテナ装置１００を提供することができる。

なお、以上では、グランドプレーン２０と３０のＸ軸方向の長さが等しく、かつ、両端の位置が一致している形態について説明した。しかしながら、このような形態に限られず、グランドプレーン３０の方がグランドプレーン２０よりもＸ軸方向の長さが長く、かつ、グランドプレーン３０のＸ軸負方向側の端部がグランドプレーン２０のＸ軸負方向側の端部よりもＸ軸負方向側に位置していてもよい。また、グランドプレーン３０の方がグランドプレーン２０よりもＸ軸方向の長さが長く、かつ、グランドプレーン３０のＸ軸正方向側の端部がグランドプレーン２０のＸ軸正方向側の端部よりもＸ軸正方向側に位置していてもよい。また、グランドプレーン３０の方がグランドプレーン２０よりもＸ軸方向の長さが長く、かつ、グランドプレーン３０のＸ軸方向の両端がグランドプレーン２０のＸ軸方向の両端よりも外側に位置していてもよい。

なお、以上では、５バンドのアンテナ装置１００について説明したが、ここでは、図１７及び図１８を用いて、３バンドと２バンド用の変形例について説明する。

図１７は、実施の形態の変形例のアンテナ装置１００Ａと、Ｓ１１パラメータの周波数特性を示す図である。

図１７に示すように、アンテナ装置１００Ａは、図１に示すアンテナ装置１００からループアンテナ１４０と無給電素子１５０を取り除いた構成を有する。より具体的には、グランドプレーン３０の代わりに用いるグランドプレーン３０Ａは、頂点３１、３２、３３、３４（図１参照）を四隅とする矩形状である。

また、放射素子１１０Ａは、スロット１１６を有しないため、Ｙ軸方向に幅広い放射素子になっているとともに、給電点１１５ＡよりもＸ軸負方向側に寄せられている。放射素子１１０は、給電点１１５Ａで給電される。給電点１１５Ａの位置は、図１に示す給電点１１５と同じである。

このようなアンテナ装置１００Ａでは、図１７に示すように、通信周波数ｆ１、ｆ２、ｆ３でＳ１１パラメータの値が−５ｄＢよりも低い良好な周波数特性が得られた。

このように、グランドプレーン３０のＸ軸負方向側に寄せて設けた放射素子１１０Ａによって、通信周波数ｆ１における十分な通信特性が得られることが分かる。また、Ｘ軸正方向側の約半分が放射素子１１０とグランドプレーン３０とに挟まれていない浮遊素子１２０を用いることにより、通信周波数ｆ２における十分な通信特性が得られることが分かる。また、グランドプレーン３０のＸ軸負方向側に寄せて設けた無給電素子１３０によって、十分な通信特性が得られることが分かる。

なお、アンテナ装置１００Ａから浮遊素子１２０を取り除き、放射素子１１０Ａによる通信周波数ｆ１と、無給電素子１３０による通信周波数ｆ３との２バンドのアンテナ装置にしてもよい。

以上、本発明の例示的な実施の形態のアンテナ装置について説明したが、本発明は、具体的に開示された実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。
以上の実施の形態に関し、さらに以下の付記を開示する。
（付記１）
端辺を有する第１グランドプレーンと、
前記端辺に沿って配設され、第１端と第２端とを備える第１辺と、前記第１辺の前記第１端及び前記第２端からそれぞれ平面視で前記端辺から離間する方向に伸延する第２辺及び第３辺と、前記第２辺及び前記第３辺を繋ぐ第４辺とを有する、平面視で矩形状の第２グランドプレーンであって、前記第１辺の前記第２端が前記第１グランドプレーンに接続されることにより、平面視で、前記第１グランドプレーンとの間に前記第１端側が開放されたスリットを形成する、第２グランドプレーンと、
前記第１端の近傍で前記第２グランドプレーンに接続される第１接地端から前記第２グランドプレーンに対して起立する第１線路と、前記第１線路に接続され、前記第２グランドプレーンの前記第２辺に沿って伸延する第２線路と、前記第２線路に接続され、前記第４辺に沿って前記第３辺に向かって伸延する第３線路と、前記第３線路に設けられる給電点とを有する放射素子と、
前記端辺の伸延方向における前記給電点に対応する位置において前記端辺の近傍で前記第１グランドプレーンに接続される第２接地端から前記第１グランドプレーンに対して起立する第４線路と、前記第４線路に接続され、前記第４辺に向かって前記給電点の近傍まで伸延する第５線路と、前記第５線路に接続され、前記第４線路に沿って前記第２線路の近傍の開放端まで伸延する第６線路とを有し、前記放射素子と電磁界結合する第１無給電素子と
を含み、
前記給電点から、前記放射素子、前記第１接地端、前記第２端、前記第２接地端、及び前記第１無給電素子を経た前記開放端までの長さは、第１通信周波数における半波長に設定され、
前記第１無給電素子は、前記第１通信周波数よりも高い第２通信周波数で共振する、アンテナ装置。
（付記２）
前記第１無給電素子の前記第２接地端から前記開放端までの長さは、前記第２通信周波数における四半波長に設定される、付記１記載のアンテナ装置。
（付記３）
前記第２線路、前記第３線路、前記第５線路、及び前記第６線路の前記第２グランドプレーンに対する高さは等しい、付記１又は２記載のアンテナ装置。
（付記４）
前記第６線路は、前記第４線路に沿って伸延し、前記第２線路の近傍で折れ曲がり、前記第２線路に沿って平面視で前記第１端の近傍まで伸延しており、
前記開放端は、平面視で前記第１端の近傍に位置する、付記１乃至３のいずれか一項記載のアンテナ装置。
（付記５）
前記第２グランドプレーンの平面視での面積は、前記放射素子の平面視での面積よりも大きい、付記１乃至４のいずれか一項記載のアンテナ装置。
（付記６）
前記第３線路と前記第６線路との間隔は、前記第１通信周波数における波長の１／５０以下に設定される、付記１乃至５のいずれか一項記載のアンテナ装置。
（付記７）
前記第１線路が起立する方向において、前記第２グランドプレーンと、前記第２線路及び前記第３線路との間に設けられ、前記第２辺側の第１端部と、前記第３辺側の第２端部との間で伸延し、前記第２線路及び前記第３線路と電磁界結合する浮遊素子をさらに含み、
前記浮遊素子の前記第１端部と前記第２端部との間の長さは、前記第１通信周波数よりも高く、前記第２通信周波数よりも低い第３通信周波数における半波長に設定される、付記１乃至６のいずれか一項記載のアンテナ装置。
（付記８）
前記放射素子は、前記第３線路に前記第４辺に沿って形成されるスロットをさらに有し、
前記スロットの両端間の長さは、前記第１通信周波数及び前記第２通信周波数よりも高い第４通信周波数における半波長に設定される、付記１乃至７のいずれか一項記載のアンテナ装置。
（付記９）
前記スロットを有する前記放射素子は、前記第４通信周波数で共振するループアンテナとして機能する、付記８記載のアンテナ装置。
（付記１０）
前記第２グランドプレーンは、前記第４辺側で、前記第３辺よりも前記第２辺側の第５辺までの矩形領域が切り欠かれており、
前記矩形領域に、前記第２端から前記第３辺に沿って前記矩形領域内を伸延する第７線路と、前記第７線路に接続され、前記矩形領域内を前記第２辺に向かって伸延する第８線路と、前記第８線路に接続され、前記矩形領域内を前記第５辺に沿って前記第１辺に向かって伸延する第９線路とを有するコの字型の第２無給電素子をさらに有する、付記１乃至９のいずれか一項記載のアンテナ装置。

１０ 金属板
１００ アンテナ装置
２０ グランドプレーン
２１、２２、２３、２４ 頂点
３０ グランドプレーン
３１、３２、３３、３４ 頂点
４０ スリット
４１、４２ 端部
１１０ 放射素子
１１１ 接地端
１１２、１１３ 折り曲げ部
１１４ 端部
１１５ 給電点
１１６ スロット
１１７Ａ、１１７Ｂ 線路
１２０ 浮遊素子
１２１ 端部
１２２、１２３、１２４ 折り曲げ部
１２５ 端部
１３０ 無給電素子
１３１ 接地端
１３２、１３３、１３４ 折り曲げ部
１３５ 開放端
１４０ ループアンテナ
１４１、１４２ 端部
１５０ 無給電素子
１５１ 接地端
１５２、１５３ 折り曲げ部
１５４ 開放端

Claims (9)

1. 端辺を有する第１グランドプレーンと、
   前記端辺に沿って配設され、第１端と第２端とを備える第１辺と、前記第１辺の前記第１端及び前記第２端からそれぞれ平面視で前記端辺から離間する方向に伸延する第２辺及び第３辺と、前記第２辺及び前記第３辺を繋ぐ第４辺とを有する、平面視で矩形状の第２グランドプレーンであって、前記第１辺の前記第２端が前記第１グランドプレーンに接続されることにより、平面視で、前記第１グランドプレーンとの間に前記第１端側が開放されたスリットを形成する、第２グランドプレーンと、
   前記第１端の近傍で前記第２グランドプレーンに接続される第１接地端から前記第２グランドプレーンに対して起立する第１線路と、前記第１線路に接続され、前記第２グランドプレーンの前記第２辺に沿って伸延する第２線路と、前記第２線路に接続され、前記第４辺に沿って前記第３辺に向かって伸延する第３線路と、前記第３線路に設けられる給電点とを有する放射素子と、
   前記端辺の伸延方向における前記給電点に対応する位置において前記端辺の近傍で前記第１グランドプレーンに接続される第２接地端から前記第１グランドプレーンに対して起立する第４線路と、前記第４線路に接続され、前記第４辺に向かって前記給電点の近傍まで伸延する第５線路と、前記第５線路に接続され、前記第４線路に沿って前記第２線路の近傍の開放端まで伸延する第６線路とを有し、前記放射素子と電磁界結合する第１無給電素子と
   を含み、
   前記給電点から、前記放射素子、前記第１接地端、前記第２端、前記第２接地端、及び前記第１無給電素子を経た前記開放端までの長さは、第１通信周波数における半波長に設定され、
   前記第１無給電素子は、前記第１通信周波数よりも高い第２通信周波数で共振する、アンテナ装置。
2. 前記第１無給電素子の前記第２接地端から前記開放端までの長さは、前記第２通信周波数における四半波長に設定される、請求項１記載のアンテナ装置。
3. 前記第６線路は、前記第４線路に沿って伸延し、前記第２線路の近傍で折れ曲がり、前記第２線路に沿って平面視で前記第１端の近傍まで伸延しており、
   前記開放端は、平面視で前記第１端の近傍に位置する、請求項１又は２記載のアンテナ装置。
4. 前記第２グランドプレーンの平面視での面積は、前記放射素子の平面視での面積よりも大きい、請求項１乃至３のいずれか一項記載のアンテナ装置。
5. 前記第３線路と前記第６線路との間隔は、前記第１通信周波数における波長の１／５０以下に設定される、請求項１乃至４のいずれか一項記載のアンテナ装置。
6. 前記第１線路が起立する方向において、前記第２グランドプレーンと、前記第２線路及び前記第３線路との間に設けられ、前記第２辺側の第１端部と、前記第３辺側の第２端部との間で伸延し、前記第２線路及び前記第３線路と電磁界結合する浮遊素子をさらに含み、
   前記浮遊素子の前記第１端部と前記第２端部との間の長さは、前記第１通信周波数よりも高く、前記第２通信周波数よりも低い第３通信周波数における半波長に設定される、請求項１乃至５のいずれか一項記載のアンテナ装置。
7. 前記放射素子は、前記第３線路に前記第４辺に沿って形成されるスロットをさらに有し、
   前記スロットの両端間の長さは、前記第１通信周波数及び前記第２通信周波数よりも高い第４通信周波数における半波長に設定される、請求項１乃至６のいずれか一項記載のアンテナ装置。
8. 前記スロットを有する前記放射素子は、前記第４通信周波数で共振するループアンテナとして機能する、請求項７記載のアンテナ装置。
9. 前記第２グランドプレーンは、前記第４辺側で、前記第３辺よりも前記第２辺側の第５辺までの矩形領域が切り欠かれており、
   前記矩形領域に、前記第２端から前記第３辺に沿って前記矩形領域内を伸延する第７線路と、前記第７線路に接続され、前記矩形領域内を前記第２辺に向かって伸延する第８線路と、前記第８線路に接続され、前記矩形領域内を前記第５辺に沿って前記第１辺に向かって伸延する第９線路とを有するコの字型の第２無給電素子をさらに有する、請求項１乃至８のいずれか一項記載のアンテナ装置。

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